伯努利方程有什么样的应用?(流体力学伯努利方程)


  丹尼尔·伯努利在1726年提出了“伯努利原理”流体力学伯努利方程。这是在流体力学的连续介质理论方程建立之前,水力学所采用的基本原理,其实质是流体的机械能守恒。即:动能+重力势能+压力势能=常数。其最为著名的推论为:等高流动时,流速大,压力就小。  应用⒈ 翼型升力  飞机为什么能够飞上天?因为机翼受到向上的升力。飞机飞行时机翼周围空气的流线分布是指机翼横截面的形状上下不对称,机翼上方的流线密,流速大,下方的流线疏,流速小。由伯努利方程可知,机翼上方的压强小,下方的压强大。这样就产生了作用在机翼上的方向的升力。  应用2. 香蕉球  球类比赛中的“旋转球”具有很大的威力。旋转球和不转球的飞行轨迹不同,是因为球的周围空气流动情况不同造成的。不转球水平向左运动时周围空气的流线。球的上方和下方流线对称,流速相同,上下不产生压强差。再考虑球的旋转,转动轴通过球心且平行于地面,球逆时针旋转。球旋转时会带动周围得空气跟着它一起旋转,至使球的下方空气的流速增大,上方的流速减小,球下方的流速大,压强小,上方的流速小,压强大。跟不转球相比,旋转球因为旋转而受到向下的力,飞行轨迹要向下弯曲。  两船并行时,因两船间水的流速加快,压力降低,外舷的流速慢,水压力相对较高,左右舷形成压力差,推动船舶互相靠拢。另外,航行船舶的首尾高压区及船中部的低压区,也会引起并行船舶的靠拢和偏转,这些现象统称为船吸。  在船舶追越过程中,若两船长度相似且并行横距较小时,则易产生船吸现象而碰撞。当小船追越大船时,因大船首尾部为高压区,中部为低压区,易造成小船冲向大船中部,造成碰撞事故。所以,在两船并行航行的追越中,被追越船应降低航速,追越船在追越中应加大横距,以防止碰撞。  应用4. 文丘里流量计  测量流体压差的一种装置,是意大利物理学家G. B. 文丘里发明的,故名。文丘里管是先收缩而后逐渐扩大的管道。测出其入口截面和最小截面处的压力差,用伯努利定理即可求出流量。

在一个流体系统,比如气流、水流中,流速越快,流体产生的压强就越小,这就是被称为“流体力学之父”的丹尼尔·伯努利1738年发现的“伯努利定理”。伯努利定理的内容是:由不可压、理想流体沿流管作定常流动时的伯努利定理知,流动速度增加,流体的静压将减小;反之,流动速度减小,流体的静压将增加。但是流体的静压和动压之和,称为总压始终保持不变。伯努利定理是飞机起飞原理的根据。伯努利定理在水力学和应用流体力学中有着广泛的应用。而且由于它是有限关系式,常用它来代替运动微分方程,因此在流体力学的理论研究中也有非常重要的意义。

中文名

伯努利定理

外文名

Bernoulli’s theorem

提出者

丹尼尔·伯努利

提出时间

1738年

适用领域

流体动力学

物理意义:管内作稳定流动的理想液体具有压力能、势能和动能三种形式的能量,在适合限定条件的情况下,流场中的三种能量都可以相互转换,但其总和却保持不变,这三种能量统称为机械能.。由此可以得出:伯努利方程在本质上是机械能的转换与守恒。 几何意义:给你一个不可压缩的、无粘性流体的流动场,你将可以找出那个流动场的压强场。也就是说,你可以知道每个点的压强是多少。 丹尼尔·伯努利在1726年提出了“伯努利原理”。这是在流体力学的连续介质理论方程建立之前,水力学所采用的基本原理,其实质是流体的机械能守恒。即:动能+重力势能+压力势能=常数。其最为著名的推论为:等高流动时,流速大,压力就小。

不一定首先要看这个“众人”指的是什么,如果是指大学学过普通物理的人,那肯定都应该知道(无论是否完全清楚该方程的内在涵义)。如果只是指上过初中和高中的人,那肯定不会是皆知的。 因为中国的中学物理课标中,似乎并不明确包含这个内容,所以可能有些地方的课本会简单介绍一下,另一些地方则完全不提。据我的了解,大部分课本都没有这个内容。

另外,需要说明的是,在问题所给定的那段关于伯努利方程的解释中,说它“实质上是能量守恒定律在理想流体定常流动中的表现”,意思虽不错,但不大符合实际历史过程。因为我们知道,能量守恒定律是19世纪的“三大发现之一”,而伯努利方程是丹尼尔·伯努利(Daniel Bernoulli,1700-1782)在其1738年出版的著作《流体力学》(Hydrodynamica)中提出来的。那时候,能量守恒定律还没有发现。实际上,从牛顿第二定律就可以推导出伯努利方程,伯努利也是通过这个途径得到的这个方程。此方程不但适用于理想流体的定常流动,也适用于非定常流动,以及更为复杂的流体运动,不过形式将有所变化而已。

丹尼尔·伯努利1738年的著作《流体力学》封面

最后还值得一提的是,这个伯努利家族是个神奇的家族,从17到18世纪的一百年多年三代人中,出了8个数学和物理学家,而且个个都对数学和物理学的发展做出了重大贡献。这不能不说是个历史奇迹。

发布于 2022-01-07 23:17:19
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